JP2003198476A

JP2003198476A - 光結合装置

Info

Publication number: JP2003198476A
Application number: JP2001398010A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Masuda; 佳史増田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】光出力の応答に限界がある発光ダイオードを使
用していても回路規模を増大させることなく、高速でか
つ安価に製造できる光結合装置を提供する。【解決手段】トランスインピーダンス増幅回路１８の出
力と、コンパレータ１５の入力との間に、スレッショル
ドレベル可変回路１４を接続する構成において、スレッ
ショルドレベル可変回路１４を、基準電気信号として第
１基準電気信号を常時出力する定電流源２１と、入力信
号変換手段からの入力電気信号立ち上がり時に第２基準
電気信号を出力する定電流源２２と、定電流源２２の動
作を制御するコンパレータ２４と、基準電気信号を入力
電気信号に対してオフセットさせる調整用の抵抗２３
と、で構成する。これにより、回路規模を増大させるこ
となく容易にオフセット電圧を発生させることが可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気信号を光信号
に変換し、光信号を電気信号に変換して入力信号を伝送
する光結合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光結合装置は、発光素子及び受光素子を
備え、発光素子及び受光素子の間で信号の伝送を光で行
うデバイスであり、一般的にフォトカプラと呼ばれてい
る。また、フォトカプラ及び周辺回路を備えた装置も光
結合装置と称する。フォトカプラは、入力側と出力側と
が電気的に絶縁されているので、電気的に絶縁が必要な
箇所での信号伝送用として使用される。例えば、工場等
で使用されるＦＡ機器や家庭内で使用される民生用機器
内で、フォトカプラは使用されている。

【０００３】ＦＡ機器内では、モータの制御時等に発生
する大きな電気ノイズが制御回路全体に重畳する場合、
電気的に接続された他の回路にこの信号をそのまま入力
すると、他の回路が誤動作するか又は破損してしまう恐
れがある。この場合、制御回路と他の回路との間にフォ
トカプラを使用することで、両回路間は電気的に絶縁さ
れるので、上記の問題を防止することができる。

【０００４】また、民生用機器では、機器内で使用する
電源電圧が複数混在する場合、例えば５Ｖで動作する回
路と３Ｖで動作する回路とがある場合に、５Ｖ信号を３
Ｖ信号用回路に入力すると、入力信号の許容範囲を超え
るため回路の破壊につながる。この場合、５Ｖで動作す
る回路と３Ｖで動作する回路との間にフォトカプラを使
用すると、両回路間は電気的に絶縁されるので、上記の
問題を防止することができる。

【０００５】さらに、ＦＡ機器内では複数の信号を入出
力しており、これらの信号は絶縁する必要がある。例え
ば、制御回路のバス信号の伝送には個々のバス信号をそ
れぞれ絶縁する必要があり、モータの制御時には位相ご
とに制御する信号を絶縁する必要がある。また、民生用
機器も複数の信号を入出力しており、ＦＡ機器と同様に
各信号を絶縁する必要がある。このように、複数の信号
を入出力するためには複数のフォトカプラが必要となる
ので、フォトカプラは安価であることが求められてい
る。

【０００６】一方、近年、ＦＡ機器や民生用機器の高速
化・高機能化に伴い、フォトカプラの応答性の高速化が
求められている。これは、いずれの機器の場合において
も高機能化により従来よりも伝送する情報量が増したた
めに伝送すべき信号量が格段に増え、また、高速化によ
りさらに信号量が増大したためである。フォトカプラに
求められる伝送速度は、従来１Ｍｂｐｓ程度であった
が、近年１０Ｍｂｐｓ〜２５Ｍｂｐｓとなっており、今
後さらにそれ以上の伝送速度が求められることが予想さ
れる。

【０００７】フォトカプラを高速化するためには、内部
を伝送する信号光の応答が速いほど有利である。これ
は、光の立ち上がり時間、立ち下がり時間が速ければ、
光波形に起因した出力波形の歪みの増加を抑えることが
できるためである。

【０００８】ここで、従来の光結合装置の構成について
説明する。図７は、従来の光結合装置の概略構成を示し
た回路図である。光結合装置１００は、光信号を電流信
号に変換するフォトダイオード１０１、電流を電圧に変
換するトランスインピーダンス増幅回路１１１を構成す
る抵抗１０２、アンプ１０３、リファレンス信号を生成
するためにフォトダイオード１０１及びトランスインピ
ーダンス増幅回路１１１と同様に構成されるダミーフォ
トダイオード１０４、抵抗１０５、及びアンプ１０６を
備えている。アンプ１０６の出力は、オフセット電圧発
生回路１０７を介してコンパレータ１０８の一方の入力
に接続されている。さらにアンプ１０３の出力は、コン
パレータ１０８の他方の入力に接続されている。コンパ
レータ１０８の出力は波形成形回路１０９の入力に接続
され、波形成形回路の出力は出力端子１１２に接続され
ている。加えて、フォトダイオード１０１は、電気信号
を光に変換する発光ダイオード１１０から出力された光
信号を受光する。

【０００９】図８は、図７に示した従来の光結合装置の
信号波形を示したタイミングチャートである。図８に
は、アンプ１０３の出力信号波形Ｄ、オフセット電圧発
生回路１０７の出力信号波形Ｅ、波形整形回路１０９の
出力信号波形Ｆを示している。従来の光結合装置１００
では、光信号が入力されたことを検知する際に基準とな
るスレッショルドレベル（基準電気信号のレベル）は、
オフセット電圧発生回路１０７で生成される電圧で決ま
り、常に一定のスレッショルドレベルである固定スレッ
ショルドレベル方式であった。図７に示した従来の光結
合装置１００におけるスレッショルドレベルは、図８に
示したように、オフセット電圧発生回路１０７で生成さ
れる電圧Ｖ３となる。

【００１０】上記の方式の場合、図８に示したように発
光ダイオード１１０の光信号出力波形の立ち上がり時間
及び立ち下がり時間が長く、アンプ１０３の出力信号波
形Ｄの立ち上がり時間及び立ち下がり時間も長いと、パ
ルス幅歪みの増大につながる。この場合、特に信号の立
ち下がり時の遅延時間が長くなり、パルス幅歪み増加の
主要因となる。

【００１１】また、信号伝送速度が２５Ｍｂｐｓの場合
に許容されるパルス幅歪みは数ｎｓ以内であり、発光ダ
イオードの立ち上がり時間及び立ち下がり時間は１０ｎ
ｓ程度である。このため、パルス幅歪みを所望の範囲に
するのは非常に困難である。また、従来の固定スレッシ
ョルド方式では、発光ダイオードの立ち上がり時間、立
ち下がり時間に起因したパルス幅歪みの増加を避けるこ
とが出来なかった。

【００１２】さらに、従来のフォトカプラでは、発光素
子として発光ダイオードが一般的に用いられており、発
光ダイオードは安価に製造できるという利点があるが、
レーザダイオードに比べると応答が遅いという問題があ
る。

【００１３】この場合、フォトカプラの発光素子として
レーザダイオードを用いると、内部を伝送する信号光の
応答を速くすることが可能となる。しかし、レーザダイ
オードはフォトカプラに比べて高価であるため、安価に
製造ができないだけでなく、その駆動のためのＩＣ及び
その周辺回路を付加する必要があり、形状も大きくなる
ので、フォトカプラとして用いることができない。

【００１４】また、発光ダイオードを高速に駆動するた
めの駆動回路を付加することによって光出力の応答を速
くする方法もあるが、応答性は発光ダイオード自身の性
能で決まるため高速化にも限界がある。

【００１５】そこで、特開平７−１９３４７４号公報に
開示された波形成形回路を用いることで、上記の問題を
解決することが可能となる。この発明では、比較電圧と
して入力電圧を基準とした電圧（一定電圧だけ高い電圧
又は低い電圧）が用いられるため、入力信号の周期や、
製造上の理由や入力信号の速度などによるピーク電圧の
変動等の影響を受けることなく、安定した比較信号を生
成して波形成形を行うことができる。また、比較信号
（スレッショルドレベル電圧）の設定は公報の数式２に
示された通り、信号電圧をＶＢ、信号電圧に対するオフ
セット電圧をｋＴ／ｑｌｎ２とした場合、ＶＣ＝ＶＢ−ｋＴ／ｑｌｎ２である。すなわち、このオフセット電圧の大小によって
コンパレータの感度が決定され、オフセット電圧が大き
ければ感度が低く、オフセット電圧が小さければ感度は
高い。よって、オフセット電圧を調整することで、回路
に最適な感度を設定することができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報の波形成形回路においては、オフセット電圧の設定は
公報の数式１に示された通り、ＮＰＮトランジスタのベ
ース・エミッタ間電圧ＶＢの差によって行われている。
具体的には、公報の図２の実施例に示された通りＮＰＮ
トランジスタＱ１１、ＮＰＮトランジスタＱ１２に流れ
る電流の比を変えることにより生成している。このよう
な構成であるため、オフセット電圧の調整範囲には限界
がある。つまり、波形成形回路の実施例として示された
ファイバリンクでは、入力信号レベルがあまり大きくな
いため、オフセット電圧の設定範囲に限界が生じても問
題が無い。しかし、上記公報の構成をフォトカプラに適
用した場合、受光素子に入力される光信号はファイバリ
ンクに比べて大きい。そのため、オフセット電圧を大き
く設定する必要がある。例えば、２００ｍＶのオフセッ
ト電圧を発生するためには、ＮＰＮトランジスタの電流
比を１：２５００に設定する必要がある（ｋＴ／ｑｌｎ
２５００＝２００ｍＶ）。このように、電流比を回路上
で精度良く実現するためには、回路規模を増大しなけれ
ばならないという問題がある。

【００１７】そこで、本発明は上記の問題を解決するた
めになされたものであり、その目的は、光出力の応答に
限界がある発光ダイオードを使用していても回路規模を
増大させることなく、高速でかつ安価に製造できる光結
合装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するための手段として、以下の構成を備えてい
る。

【００１９】（１）受光信号に応じた入力電気信号を出
力する入力信号変換手段と、入力電気信号の立ち上がり
を検出して入力電気信号よりも一定量だけ小さい基準電
気信号を出力し、入力電気信号の立ち下がりを検出して
入力電気信号よりも一定量だけ大きい基準電気信号を出
力する基準信号発生手段と、前記入力電気信号及び前記
基準電気信号の大小関係に応じて所定の信号を出力する
比較手段と、を備えた光結合装置において、前記基準信
号発生手段は、前記基準電気信号として第１基準電気信
号を常時出力する第１基準電気信号発生回路と、前記入
力信号変換手段からの入力電気信号立ち上がり時に第２
基準電気信号を出力する第２基準電気信号発生回路と、
前記第２基準電気信号発生回路の動作を制御する制御回
路と、前記基準電気信号を前記入力電気信号に対してオ
フセットさせる調整用抵抗と、を備えたことを特徴とす
る。

【００２０】この構成において、光結合装置の基準信号
発生手段では、基準電気信号を入力電気信号に対してオ
フセットさせるために調整用抵抗を用いている。したが
って、高速化に不利であった立ち上がり時間、立ち下が
り時間の長い光信号を受光しても、パルス幅歪みの小さ
い高速動作可能な光結合装置が実現可能になるととも
に、回路規模を増大させることなく容易にオフセット電
圧を発生させることが可能となる。

【００２１】（２）前記第１基準電気信号は前記第２基
準電気信号よりも小さく、前記基準信号発生手段は、前
記入力信号変換手段からの入力電気信号立ち上がり時
に、前記第１基準電気信号及び前記第２基準電気信号の
差を基準電気信号として出力することを特徴とする。

【００２２】この構成において、基準電気信号として常
時出力される第１基準電気信号は、入力信号変換手段か
らの入力電気信号が立ち上がり時に第２基準電気信号を
出力する入力信号出力時に出力される第２基準電気信号
よりも小さい。また、前記第１基準電気信号及び前記第
２基準電気信号の差を、基準信号発生手段は基準電気信
号として出力する。したがって、入力電気信号の立ち上
がりを検出した際は入力電気信号よりも一定量だけ小さ
い基準電気信号を、入力電気信号の立ち下がりを検出し
た際は入力電気信号よりも一定量だけ大きい基準電気信
号を、基準信号発生手段に、確実に出力させることが可
能となる。

【００２３】（３）前記入力信号変換手段は、前記受光
信号を第１電流信号に変換する受光素子と、疑似受光信
号を第２電流信号に変換する疑似受光素子と、第１電流
信号を第１電圧信号に変換する第１電流電圧変換手段
と、第２電流信号を第２電圧信号に変換する第２電流電
圧変換手段と、前記第１電圧信号及び前記第２電圧信号
の差を増幅して出力する差動増幅回路と、を備えたこと
を特徴とする。

【００２４】この構成において、入力信号変換手段を差
動増幅回路で構成している。したがって、受光信号と同
相で入ったノイズをキャンセルすることができ、耐ノイ
ズ性がより向上した光結合装置を実現することが可能と
なる。

【００２５】（４）前記第１基準電気信号発生回路、前
記第２基準電気信号発生回路、及び前記制御回路を、バ
イポーラトランジスタで構成したことを特徴とする請求
項１乃至３のいずれかに記載の光結合装置。

【００２６】この構成において、バイポーラトランジス
タを用いて第１基準電気信号発生回路、第２基準電気信
号発生回路、及び制御回路を構成している。したがっ
て、安価で容易に入手可能なデバイスで光結合装置を構
成することが可能となり、製造コストの低減が可能とな
る。

【００２７】（５）前記第１基準電気信号発生回路、前
記第２基準電気信号発生回路、及び前記制御回路を、Ｍ
ＯＳトランジスタで構成したことを特徴とする。

【００２８】この構成において、ＭＯＳトランジスタを
用いて第１基準電気信号発生回路、第２基準電気信号発
生回路、及び制御回路を構成している。したがって、バ
イポーラトランジスタが飽和したときのようにスイッチ
ングの遅延が発生しないため、信号の電圧範囲がより広
いダイナミックレンジの大きな光結合装置を実現するこ
とが可能となる。

【００２９】（６）前記基準信号発生手段は、前記制御
回路の入力信号を遅延させる信号遅延回路を備えたこと
を特徴とする。

【００３０】この構成において、制御回路の入力信号を
遅延させる信号遅延回路を基準信号発生手段は備えてい
る。したがって、入力信号の波形が安定してから基準電
気信号と入力電気信号とを反転させることが可能とな
り、より安定した動作を実現することが可能となる。

【００３１】（７）モノリシック集積回路として構成さ
れたことを特徴とする。

【００３２】この構成において、光結合装置はモノリシ
ック集積回路として構成されている。したがって、光結
合装置の小型化が可能となるとともに、取り扱いが容易
となる。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
光結合装置の概略構成を示した回路図である。光結合装
置１は、受光信号に応じた入力電気信号を出力する入力
信号変換手段として、受光信号を電流信号に変換する受
光素子であるフォトダイオード１１、及び電流信号を電
圧信号に変換する電流電圧変換手段であるトランスイン
ピーダンス増幅回路１８を備えている。また、光結合装
置１は、基準信号発生手段であるスレッショルドレベル
可変回路１４、比較手段であるコンパレータ１５、及び
コンパレータ１５から出力された信号を成形する波形成
形回路１６を備えている。フォトダイオード１１は、光
信号を出力する発光ダイオード１７とともにフォトカプ
ラを形成している。トランスインピーダンス増幅回路１
８は、抵抗１２及びアンプ１３によって構成されてい
る。

【００３４】また、スレッショルドレベル可変回路１４
は、第１基準電気信号発生回路である定電流源２１、第
２基準電気信号発生回路である定電流源２２、調整用抵
抗である抵抗２３、制御回路であるコンパレータ２４を
備えている。

【００３５】なお、以降の説明に使用する各図におい
て、同一部分には同一符号を付している。

【００３６】フォトダイオード１１は、カソードがアン
プ１３の入力及び抵抗１２の一方の端子に接続され、ア
ノードが接地されている。アンプ１３の出力は、抵抗１
２の他方の端子、コンパレータ１５の一方の端子、抵抗
２３の一方の端子、及びコンパレータ２４の一方の端子
に接続されている。定電流源２１は、一方の端子が電源
に接続され、他方の端子がコンパレータ１５の他方の端
子、抵抗２３の他方の端子、コンパレータ２４の他方の
端子、及び定電流源２２の一方の端子に接続されてい
る。定電流２２の他方の端子は、接地されている。コン
パレータ１５の出力端子は、波形成形回路１６の入力に
接続されている。波形成形回路１６の出力は、出力端子
１９に接続されている。フォトダイオード１１は、発光
ダイオード１７の光信号を受光する。

【００３７】フォトダイオード１１は、発光ダイオード
１７から伝送された光信号を受光して、受光信号を電流
信号に変換するためのものである。トランスインピーダ
ンス増幅回路１８は、フォトダイオード１１から出力さ
れた電流信号を、電圧信号に変換するためのものであ
る。スレッショルドレベル可変回路１４は、入力電気信
号と比較する基準電気信号を生成するためのものであ
る。コンパレータ１５は、出力電気信号及び基準電気信
号を比較して大小関係に応じて所定の信号を出力するた
めのものである。波形成形回路１６は、コンパレータ１
５から出力された信号波形を成形するためのものであ
る。

【００３８】本発明のスレッショルドレベル可変回路１
４は、前記公報に開示された波形成形回路の比較信号設
定手段に比べて簡素な構成であるが、スレッショルドレ
ベル電圧の設定範囲を容易に広げることができる構成で
ある。すなわち、図１に示したように、オフセット電圧
は抵抗２３に流れる電流によって生成される。例えば、
２００ミリボルトのオフセット電圧を発生させるために
は、抵抗２３の抵抗値Ｒ１＝１ｋΩの場合、２００μＡ
の電流を生成すればよい。このように、抵抗２３の抵抗
値を変更することで、回路規模の増大させることなく容
易にオフセット電圧を発生させることができる。

【００３９】また、スレッショルドレベル可変回路１４
において、定電流源２１から流れる電流（第１基準電気
信号）をＩ１、定電流源２２から流れる電流（第２基準
電気信号）をＩ２とする。この時、Ｉ１＜Ｉ２を満たす
ように設定し、定電流源２１からは常時電流Ｉ１が流れ
るようにする。また、発光ダイオード１７からの入力信
号（光信号）がない場合、コンパレータ２４は定電流源
２２の電流Ｉ２が流れないように動作し、信号が入力さ
れた状態では、電流Ｉ２が流れるように動作する。

【００４０】抵抗２３の抵抗値をＲ１とすると、スレッ
ショルドレベルは以下の通りとなる。すなわち、入力信号がない場合Ｖ１＝Ｉ１×Ｒ１・・・・・・・・（式１）入力信号がある場合Ｖ２＝（Ｉ１−Ｉ２）×Ｒ１・・・（式２）となる。

【００４１】図２は、本発明の光結合装置の信号波形を
示したタイミングチャートである。図２には、アンプ１
３の出力信号波形Ａ、スレッショルドレベル可変回路１
４の出力信号であるスレッショルド信号（基準電気信
号）出力波形Ｂ、及び波形整形回路１６の出力信号波形
Ｃを示している。本発明の光結合装置１では、スレッシ
ョルドレベルは従来のように固定方式ではなく、入力信
号に応じて可変である。また、上記の式１及び式２に示
したように、入力信号がない場合はアンプ出力信号にＶ
１を加算した値であり、入力信号がある場合は、アンプ
出力信号からＶ２を減算した値となる。また、スレッシ
ョルド信号Ｂは、アンプ出力信号Ａに対して所定時間ｔ
１の遅れを有している。

【００４２】図２に示したように、アンプ出力信号Ａの
入力がない状態がしばらく続いた状態では、上記のよう
に、スレッショルドレベル信号Ｂはアンプ出力信号ａに
対して電圧Ｖ１を加算した値で安定している。またこの
時、コンパレータ１５から波形成形回路１６を介して出
力される出力信号は、例えばハイレベルである。フォト
ダイオード１１が発光ダイオード１７からの光信号を受
光して、アンプ出力信号Ａ（入力電気信号）が立上り始
めても、スレッショルド信号Ｂは所定時間ｔ１が経過す
るまで一定の状態である。よって、アンプ出力信号Ａと
スレッショルド信号Ｂとのレベルは、アンプ出力信号Ａ
が立ち上がりを開始してから所定時間ｔ２（＜ｔ１）経
過後に逆転する。この時、コンパレータ１５から波形成
形回路１６を介して出力される出力信号は、例えばロー
レベルになる。そして、アンプ出力信号Ａが立ち上がり
を開始してから所定時間ｔ１経過後に、スレッショルド
信号Ｂはアンプ出力信号Ａに対して上記式２に示したＶ
２だけ低い値となり、所定時間ｔ１だけ遅れてアンプ出
力信号Ａに追従して立ち上がる。

【００４３】次に、発光ダイオード１７から出力された
光信号が停止してフォトダイオード１１からの出力電気
信号がない状態になり、アンプ出力信号Ａが立ち下がり
始めると、所定時間ｔ１が経過後に再びアンプ出力信号
をＡよりも電圧Ｖ１だけ高い状態となる。この時に、ア
ンプ出力信号ａが立ち下がりを開始してから所定時間ｔ
２（＜ｔ１）経過後にアンプを出力信号Ａとスレッショ
ルド信号Ａとのレベルは逆転する。またこの時、コンパ
レータ１５から波形成形回路１６を介して出力される出
力信号は、ハイレベルになる。そして、アンプ出力信号
Ａが立ち下がり始めてから所定時間ｔ１経過後に、スレ
ッショルド信号Ｂはアンプ出力信号Ａに対して上記式２
に示したＶ１だけ低い値となり、所定時間ｔ１だけ遅れ
てアンプ出力信号Ａに追従して立ち下がる。

【００４４】以後は同様にアンプ出力信号Ａ、スレッシ
ョルド信号Ｂ、及び出力信号Ｃは変動する。

【００４５】このように、スレッショルド信号は、従来
例のような固定値ではないため、立ち上がり時間及び立
ち下がり時間の長い入力信号が入力されても、パルス幅
歪みの増加原因とはならない。また、特に立ち下がり時
間が長い場合の遅延時間の改善効果が大きい。さらに、
遅延時間ｔ１を調整することで、さらにパルス幅歪みを
抑制することができる。

【００４６】次に、光結合装置１のコンパレータ２４及
び定電流源２１の具体的な構成について説明する。図３
は、本発明の光結合装置におけるスレッショルドレベル
可変回路の具体的な構成を示した回路図である。図３
（Ａ）には、定電流源２１及びコンパレータ２４をバイ
ポーラトランジスタで構成したスレッショルドレベル可
変回路１４ａを示している。定電流源２１ａは、ＰＮＰ
トランジスタ３１，３２、及び定電流源３３を備え、カ
レントミラー回路を構成している。また、コンパレータ
２４ａはＮＰＮトランジスタ３４，３５を備え、両トラ
ンジスタのエミッタが定電流源２２に接続された構成で
ある。このように、容易に入手可能なバイポーラトラン
ジスタで定電流源２１及びコンパレータ２４を構成する
ことができる。

【００４７】図３（Ｂ）には、図３（Ａ）に示したスレ
ッショルドレベル可変回路１４ａのバイポーラトランジ
スタをＭＯＳトランジスタに置き換えたスレッショルド
レベル可変回路１４ｂを示している。すなわち、定電流
源２１ｂは、ＰＭＯＳトランジスタ３６，３７、及び定
電流源３８を備え、カレントミラー回路を構成してい
る。また、コンパレータ２４ｂは、ＮＭＯＳトランジス
タ３９，４０を備え、両ＭＯＳトランジスタのドレイン
が定電流源２２に接続された構成である。

【００４８】バイポーラトランジスタでスレッショルド
レベル可変回路構成した場合、特にコンパレータ２４に
おいて、バイポーラトランジスタの飽和時にスイッチン
グの遅延が発生する。しかし、上記のようにスレッショ
ルドレベル可変回路をＭＯＳトランジスタで構成するこ
とにより、飽和がなくなるため、スイッチングの遅延が
発生しないので、信号の電圧範囲がより広い、ダイナミ
ックレンジの大きな光結合装置を実現することができ
る。

【００４９】次に、本発明の光結合装置における入力信
号変換手段の別の実施形態について説明する。図４は、
入力信号変換手段の構成が異なる光結合装置の回路図で
ある。図４に示した光結合装置４０は、入力信号変換手
段として作動増幅する構成である。すなわち、入力信号
変換手段は、受光素子であるフォトダイオード４１、第
１電流電圧変換手段である抵抗４２及びアンプ４３、疑
似受光素子であるダミーフォトダイオード４４、第２電
流電圧変換手段である抵抗４５及びアンプ４６、並びに
差動増幅回路であるアンプ４７を備えた構成である。ま
た、フォトダイオード４１は、発光ダイオード４８とと
もにフォトカプラを構成している。

【００５０】フォトダイオード４１は、アノードが接地
され、カソードが抵抗４２の一方の端子及びアンプ４３
の入力に接続されている。ダミーフォトダイオード４４
は、アノードが設置され、カソードが抵抗４５の一方の
端子及びアンプ４６の入力に接続されている。アンプ４
７は、一方の入力端子が抵抗４２の他方の端子及びアン
プ４３の出力端子に接続され、他方の入力端子が抵抗４
５の他方の端子及びアンプ４６の出力端子に接続されて
いる。また、アンプ４７の出力端子は、スレッショルド
レベル可変回路１４の入力端子に接続されている。

【００５１】フォトダイオード４１は、発光ダイオード
４８から伝送された光信号を受光して第１電流信号に変
換するためのものである。抵抗４２及びアンプ４３は、
第１電流信号を第１電圧信号に変換するためのものであ
る。ダミーフォトダイオード４４は、受光信号が無い状
態の第２電流信号を出力するためのものでである。抵抗
４５及びアンプ４６は、第２電流信号を第２電圧信号に
変換するためのものである。アンプ４７は、第１電圧信
号及び第２電圧信号の差を増幅して出力するためのもの
である。

【００５２】図１に示した光結合装置１では、入力信号
変換手段に外部からノイズが入った場合、誤動作してし
まう可能性がある。そこで、図４に示した光結合装置４
０のように入力信号変換手段を差動増幅回路で構成する
ことにより、入力信号と同相で入ったノイズをキャンセ
ルすることができる。したがって、本構成により、耐ノ
イズ性がより向上した光結合装置を実現することが可能
となる。

【００５３】次に、本発明の光結合装置におけるスレッ
ショルドレベル可変回路の別の実施形態を説明する。図
５は、遅延回路を備えたスレッショルドレベル可変回路
の概略構成を示した回路図である。図５（Ａ）には、図
３（Ａ）に示したスレッショルドレベル可変回路１４ａ
のコンパレータ２４ａの入力側に遅延回路４１を接続し
た構成であるレッショルドレベル可変回路１４ｃを示し
ている。すなわち、入力信号変換手段からの入力電気信
号と、第１基準電気信号発生回路である定電流源２１ａ
からの第１基準電気信号と、は遅延回路４１で遅延され
てコンパレータ２４ａに入力される。

【００５４】図３（Ａ）に示したスレッショルドレベル
可変回路のコンパレータでは、入力信号がスレッショル
ド信号を超えた時に出力信号が反転するが、その反転時
に波形成形回路１６の出力からの信号がノイズとして流
入して誤動作するため、回路の動作が不安定になる可能
性がある。そこで、上記の遅延回路４１をコンパレータ
２４の入力側に付加することで、入力信号の波形が安定
してから反転させることが可能となり、より安定した動
作を実現することが可能となる。

【００５５】図５（Ｂ）には、図３（Ｂ）に示したスレ
ッショルドレベル可変回路１４ｂのコンパレータ２４ｂ
の入力側に遅延回路４２を設けた構成であるスレッショ
ルドレベル可変回路１４ｄを示している。この構成で
は、定電流源２１ｂ及びコンパレータ２４ｂにＭＯＳト
ランジスタを使用しているため、図５（Ａ）に示したス
レッショルドレベル可変回路２４ｃよりも、さらに安定
性を向上させることが可能となる。

【００５６】次に、遅延回路の具体的な構成について説
明する。図６は、本発明の光結合装置における遅延回路
の概略構成を示した回路図である。図６（Ａ）に示した
ように、遅延回路４１は、抵抗５１、抵抗５２、コンデ
ンサ５３、ＮＰＮトランジスタ５４〜５７、定電流源５
８〜６０を備えた構成である。

【００５７】抵抗５１の一方の端子、抵抗５２の一方の
端子、ＮＰＮトランジスタ５６のコレクタ，及びＮＰＮ
トランジスタ５７のコレクタは、電源に接続されてい
る。抵抗５１の他方の端子は、コンデンサ５３の一方の
端子、ＮＰＮトランジスタ５４のコレクタ、及びＮＰＮ
トランジスタ５６のベースに接続されている。抵抗５２
の他方の端子は、コンデンサ５３の他方の端子、ＮＰＮ
トランジスタ５５のコレクタ、及びＮＰＮトランジスタ
５７のベースに接続されている。ＮＰＮトランジスタ５
４のエミッタ及びＮＰＮトランジスタ５５のエミッタ
は、定電流源５８に接続されている。ＮＰＮトランジス
タ５４のベースは、トランスインピーダンス増幅回路１
８の出力端子に接続される。ＮＰＮトランジスタ５５の
ベースは、定電流源２１に接続される。ＮＰＮトランジ
スタ５６のエミッタは、定電流源５９及びコンパレータ
２４ａのトランジスタ３４のベースに接続される。ＮＰ
Ｎトランジスタ５７のエミッタは、定電流源６０及びコ
ンパレータ２４ａのトランジスタ３５のベースに接続さ
れる。

【００５８】また、図６（Ｂ）に示したように、遅延回
路４１のバイポーラトランジスタをＭＯＳトランジスタ
に置き換えることで、遅延回路４２を構成することがで
きる。

【００５９】なお、上記の各構成は、ディスクリート部
品やチップ部品を用いて構成することができるが、各部
をモノリシック集積回路としてワンチップで構成するこ
とにより、光結合装置のより小型化が可能となる。ま
た、フォトダイオードも含めてモノリシックＩＣ化する
と、さらに光結合装置を小型化することができる。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られ
る。

【００６１】（１）光結合装置の基準信号発生手段で
は、基準電気信号を入力電気信号に対してオフセットさ
せるために調整用抵抗を用いているので、高速化に不利
であった立ち上がり時間、立ち下がり時間の長い光信号
を受光しても、パルス幅歪みの小さい高速動作可能な光
結合装置が実現可能になるとともに、回路規模を増大さ
せることなく容易にオフセット電圧を発生させることが
できる。

【００６２】（２）基準電気信号として常時出力される
第１基準電気信号は、入力信号変換手段からの入力電気
信号が立ち上がり時に第２基準電気信号を出力する入力
信号出力時に出力される第２基準電気信号よりも小さ
い。また、前記第１基準電気信号及び前記第２基準電気
信号の差を、基準信号発生手段は基準電気信号として出
力する。よって、入力電気信号の立ち上がりを検出した
際は入力電気信号よりも一定量だけ小さい基準電気信号
を、入力電気信号の立ち下がりを検出した際は入力電気
信号よりも一定量だけ大きい基準電気信号を、基準信号
発生手段に、確実に出力させることができる。

【００６３】（３）入力信号変換手段を差動増幅回路で
構成していることにより、受光信号と同相で入ったノイ
ズをキャンセルすることができ、また、耐ノイズ性がよ
り向上した光結合装置を実現することができる。

【００６４】（４）バイポーラトランジスタを用いて第
１基準電気信号発生回路、第２基準電気信号発生回路、
及び制御回路を構成しているので、安価で容易に入手可
能なデバイスで光結合装置を構成することができ、製造
コストを低減できる。

【００６５】（５）ＭＯＳトランジスタを用いて第１基
準電気信号発生回路、第２基準電気信号発生回路、及び
制御回路を構成しているので、バイポーラトランジスタ
を用いた場合に生じる飽和によるスイッチングの遅延が
発生せず、信号の電圧範囲がより広いダイナミックレン
ジの大きな光結合装置を実現することができる。

【００６６】（６）制御回路の入力信号を遅延させる信
号遅延回路を基準信号発生手段は備えていることによ
り、入力信号の波形が安定してから基準電気信号と入力
電気信号とを反転させることができ、より安定した動作
を実現することができる。

【００６７】（７）光結合装置はモノリシック集積回路
として構成されているので、光結合装置を小型化できる
とともに、取り扱いが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る光結合装置の概略構成
を示した回路図である。

【図２】本発明の光結合装置の信号波形を示したタイミ
ングチャートである。

【図３】本発明の光結合装置におけるスレッショルドレ
ベル可変回路の具体的な構成を示した回路図である。

【図４】入力信号変換手段の構成が異なる光結合装置の
回路図である。

【図５】遅延回路を備えたスレッショルドレベル可変回
路の概略構成を示した回路図である。

【図６】本発明の光結合装置における遅延回路の概略構
成を示した回路図である。

【図７】従来の光結合装置の概略構成を示した回路図で
ある。

【図８】従来の光結合装置の信号波形を示したタイミン
グチャートである。

【符号の説明】

１，４０，１００−光結合装置１８，１１１−トランスインピーダンス増幅回路１５，２４，１０８−コンパレータ１４−スレッショルドレベル可変回路２１，２２，３３，５８〜６０，６８〜７０−定電流源２３−（オフセット調整用）抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｂ 10/28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光信号に応じた入力電気信号を出力す
る入力信号変換手段と、入力電気信号の立ち上がりを検
出して入力電気信号よりも一定量だけ小さい基準電気信
号を出力し、入力電気信号の立ち下がりを検出して入力
電気信号よりも一定量だけ大きい基準電気信号を出力す
る基準信号発生手段と、前記入力電気信号及び前記基準
電気信号の大小関係に応じて所定の信号を出力する比較
手段と、を備えた光結合装置において、前記基準信号発生手段は、前記基準電気信号として第１
基準電気信号を常時出力する第１基準電気信号発生回路
と、前記入力信号変換手段からの入力電気信号立ち上が
り時に第２基準電気信号を出力する第２基準電気信号発
生回路と、前記第２基準電気信号発生回路の動作を制御
する制御回路と、前記基準電気信号を前記入力電気信号
に対してオフセットさせる調整用抵抗と、を備えたこと
を特徴とする光結合装置。
【請求項２】前記第１基準電気信号は前記第２基準電
気信号よりも小さく、前記基準信号発生手段は、前記入
力信号変換手段からの入力電気信号立ち上がり時に、前
記第１基準電気信号及び前記第２基準電気信号の差を基
準電気信号として出力することを特徴とする請求項１に
記載の光結合装置。
【請求項３】前記入力信号変換手段は、前記受光信号
を第１電流信号に変換する受光素子と、疑似受光信号を
第２電流信号に変換する疑似受光素子と、第１電流信号
を第１電圧信号に変換する第１電流電圧変換手段と、第
２電流信号を第２電圧信号に変換する第２電流電圧変換
手段と、前記第１電圧信号及び前記第２電圧信号の差を
増幅して出力する差動増幅回路と、を備えたことを特徴
とする請求項１又は２に記載の光結合装置。
【請求項４】前記第１基準電気信号発生回路、前記第
２基準電気信号発生回路、及び前記制御回路を、バイポ
ーラトランジスタで構成したことを特徴とする請求項１
乃至３のいずれかに記載の光結合装置。
【請求項５】前記第１基準電気信号発生回路、前記第
２基準電気信号発生回路、及び前記制御回路を、ＭＯＳ
トランジスタで構成したことを特徴とする請求項１乃至
４のいずれかに記載の光結合装置。
【請求項６】前記基準信号発生手段は、前記制御回路
の入力信号を遅延させる信号遅延回路を備えたことを特
徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光結合装
置。
【請求項７】モノリシック集積回路として構成された
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光
結合装置。